Экспериментальное изучение и математическое моделирование процесса нитрозирования дифениламина оксидами азота в газожидкостных реакторах

• Автор: Кучин, Игорь Владиславович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Кемерово
• Количество страниц: 148 с. : ил

1.1. Нитрозирование аминов

Реакция ншрозирования

Ынитро зо дифенил амин

Кинетика нитрозирования

Способы нитрозирования аминов

1.2. Протекание газожидкостных процессов в аппаратах различных конструкций

Сравнение характеристик многофазных реакторов различных типов и выбор оптимальной конфигурации аппарата

Периодический и непрерывный режим работы реактора

Протекание газожидкостного процесса в реакторе эжекторного типа

1.3.Вы воды

Глава II. Экспериментальное изучение растворимости оксидов

азота в расгворе трихлорэтилена и кинетики реакции
нитрозирования дифениламина нитрозными газами
П. 1. Изучение растворимости оксидов азота в трихлорэтилене
Определение парциальных давлений компонентов газовой смеси
Расчет констант химического равновесия
Расчет равновесного состава газа
Определение константы Генри
2. Влияние расхода нитрозирующего агента на время полного превращения дифениламина
.3. Изучение влияния интенсивности перемешивания на скорость процесса нитрозирования ДФА оксидами азота
.4. Влияние температуры проведения процесса на время полного
превращения ДФА
.5. Оценка влияния массопереноса между газом и жидкостью на протекание процесса нитрозирования ДФА
Зависимость коэффициента массопереноса в реакторе с мешалкой от основных параметров газожидкостного процесса
Влияние массопереноса на протекание процесса нитрозирования ДФА
.6. Изучение кинетики процесса нитрозирования ДФА оксидами
Определение порядка реакции по газовому реагенту
Определение порядка реакции по жидкому реагенту
Определение константы скорости реакции
П.7. Определение оптимальной температуры получения Ынитрозодифениламина
II.8. Заключение
Глава III. Изучение протекания процесса нитрозирования в эжекторном реакторе
П.1. Описание и математическое моделирование газожидкостного реактора эжекторного типа
III.2. Решение модели для эжекторного реактора, работающего в периодическом режиме
П.З. Сравнение работы реактора эжекторного тина и реактора с мешалкой
III.4. Экспериментальное изучение работы эжекторного реактора
Выводы
Глава IV. Моделирование процесса нитрозирования
дифениламина в реакторах с мешалками и
IV. 1. Математическая модель газожидкостного процесса в реакторе
с перемешиванием
IV.2. Сравнение протекания процесса нитрозирования ДФА в реакторах периодического и непрерывного действия с
перемешиванием
.3. Определение условий полного превращения ДФА в реакторе непрерывного действия
Производительность реактора непрерывного действия с мешалкой
1У.4. Определение условий стабильного протекания процесса нитрозирования ДФА в реакторе непрерывного действия при изменении температуры процесса
Влияние температуры на работу газожидкостного реактора непрерывного действия
Стационарные состояния процесса
Условия стабильного протекания процесса нитрозирования ДФА.
Стационарные состояния реактора нитрозирования
ГУ.5. Применение результатов математического моделирования для расчета промышленной стадии нитрозирования дифениламина
Опытнопромышленные испытания
Расчет промышленной стадии
Выводы
Список литературы


Полнота математического описания отдельных элементарных процессов в модели зависит от их роли во всем химикотехнологическом процессе, степени изученности, глубины взаимосвязи и необходимой точности описания. Взаимосвязь отдельных процессов может быть чрезвычайно сложной, поэтому на практике часто делают различные допущения относительно характера связей, что позволяет избежать необходимости введения в модель недостаточно изученных зависимостей и, следовательно, излишнего усложнения описания . Значительный интерес к исследованиям многофазных систем, существующий в настоящее время, подтверждается проведением многочисленных международных симпозиумов и конгрессов по теории и практике многофазных процессов 1,. К многофазным процессам относятся многие промышленные процессы. Одним из них является газожидкостный процесс нитрозирования дифениламина нитрозными газами, имеющий важное практическое значение в производстве антиоксидантов специальных добавок к полимерным материалам. Целью данного литературного обзора является обобщение литературных данных, связанных с изучением кинетики, механизма и способов нитрозирования аминов, особенностями проведения газожидкостных процессов в реакторах различных конструкций и выбором наиболее подходящего типа аппарата, анализ различных подходов к математическому моделированию многофазных процессов. Реакция нитрозирования включает перенос нитрозогруппы 0 в молекулу органического соединения и приводит к образованию Снитрозо, Инитрозо, Онитрозо, Бнитрозопроизводных исходного вещества. Наиболее распространенными нитрозирующими агентами являются НИОг, ИгОз, и 4 . Довольно активным в этом отношении является также . Нитрознрование может проходить по электрофильному и радикальному механизмам активные частицы в этих реакциях соответствующий катион нитрозония Ы0 и радикал 0. Нитрознрование может осуществляться по атомам С, И, О замещением атома водорода прямое нитрознрование или других функциональных групп, либо в результате присоединения группы 0 по кратной связи. Инитрозодифениламин ЫДФА искусственное химическое соединение, в натуральном виде в природе не встречается. Молекулярная масса КДФА 4. С. Представляет собой желтые или оранжевокоричневые кристаллы без запаха. Нерастворим в воде, растворим в ацетоне, этаноле, бензоле, трихлорэтилене и других органических растворителях. ЫДФА типичный представитель нитрозосоединений. ДФА и Ы,Кдифенилгидразина. При обработке соляной кислотой претерпевает перегруппировку ФишераХеппа с образованием 4нитрозодифениламина. Ынитрозо дифениламин получают нитрозированием соответствующего ароматического амина дифениламина. ДФА непрочное соединение. Энергия связи между двумя атомами азота равна ккалмоль. Это значение довольно мало по сравнению с энергией связи 0 в диметилнитрозоамине, равной ккалмоль и энергиям связей СЫ, СС и СН, для большинства органических соединений лежащих в пределах ккалмоль. Сравнительная нестабильность ИДФА обусловлена относительной легкостью, с которой ЫДФА может передавать нитрозогруппу 0 другим аминам. Этот процесс носит название транснитрозирования и протекает в разбавленных кислотах и органических растворителях при небольшом подогреве . ДФА используется в качестве добавки к резине, предотвращающей ее преждевременную вулканизацию во время производства и обработки. ЫДФА также используется как промежуточное соединение в производстве Ыфенилифенштендиамина, Ыизопропиламинодифениламина диафена ФП и других антиоксидантов. Изучению кинетики различных способов нитрозирования аминов посвящены ряд работ . Так в исследовалась кинетика нитрозирования вторичных аминов пиперазина I, метилбензиламина и морфолина действием алкилнитритов 2этоксиэтилнитрита и 2бромэтилнитрита в микроэмульсии, состоящей из сульфосукцината АОТ, изооктана i и воды. Изучение кинетики проводилось при температуре 0. С. Все реакции осуществлялись в условиях, обеспечивающих псевдопервый порядок по нитрозирующему агенту при концентрации аминов, превышающих концентрацию алкилнитритов не менее, чем в раз. Этот же самый механизм принимался при изучении реакции нитрозирования в микроэмульсии .